一种磷酸金属盐阻燃改性木材及其制备方法

本发明属于木材阻燃改性，具体涉及一种磷酸金属盐阻燃改性木材及其制备方法。背景技术：1、木材作为一种广泛应用的天然材料，在建筑工程、家具制造、室内装饰等领域扮演着重要角色。然而，木材易燃、易受潮、易变形等缺点也限制了其应用范围。为了提高木材的性能，阻燃处理和表面密实化技术应运而生。对木材进行阻燃处理和表面密实化的主要好处有：1)提高耐火性能，木材阻燃处理使其在高温下具有较好的耐火性能。阻燃剂能有效降低木材的燃烧速度，延缓火势蔓延，从而为灭火和人员疏散提供宝贵时间。2)降低火灾风险，阻燃处理的木材在火灾发生时，能够减少火灾的蔓延速度和火灾损失。此外，阻燃处理还能降低木材燃烧过程中的有毒性烟气产物释放速率和总释放量，进一步降低火灾的危险程度。3)增强表面硬度，表面密实化处理使木材表面变得更加坚硬、光滑，这种处理可以显著提高木材的抗压强度和抗划痕性能，延长其使用寿命。4)改善耐磨性，经过表面率实化处理的木材，其美面硬度和耐磨性得到显著提高。这使得木材在承受撞击时，能够更好地保持原貌，减少损坏和维修成本。5)木材的利用率高，表面密实化仅针对木材的表层区域进行压缩处理，能够在提高木材力学性能的同时，尽可能降低木材的体积损失。6)提升美观度，阻燃处理和表面密实化不仅能改善木材的性能，还能提升其美观度。阻燃处理可以使木材保持原有的纹理和色泽而表面密实化处理则能让木材表面更加光滑、细腻。2、现有技术中，经传统表面密实化处理后的改性木材其阻燃效果不理想，仍然存在火灾隐患；经传统阻燃剂处理后的改性木材其阻燃效果仍不够理想，改性木材在燃烧前期形成的表面炭层因密度低而隔热隔氧性能较差，且表面炭层容易被烧蚀而失去阻燃作用。有鉴于此，发明人期望提供一种磷酸金属盐阻燃改性木材及其制备方法。技术实现思路1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种磷酸金属盐阻燃改性木材及其制备方法。2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：3、本发明提供一种磷酸金属盐阻燃改性木材的制备方法，包括如下步骤：4、1)将木材浸泡在金属硫酸盐溶液中，于减压状态下进行真空浸渍处理，获得真空浸渍木材a；5、2)将真空浸渍木材a继续浸泡在阻燃剂溶液中，于常压状态下进行常压浸渍处理，获得常压浸渍木材a；对常压浸渍木材a进行干燥处理，获得阻燃改性木材半成品ⅰ；6、3)将阻燃改性木材半成品ⅰ浸泡在阻燃剂溶液中，于减压状态下进行真空浸渍处理，获得真空浸渍木材b；将真空浸渍木材b继续浸泡在阻燃剂溶液中，于常压状态下进行常压浸渍处理，获得常压浸渍木材b；对常压浸渍木材b进行干燥处理，获得阻燃改性木材半成品ⅱ；7、4)对阻燃改性木材半成品ⅱ进行表层密实化处理，得到改性木材复合材料。8、进一步地，步骤1)中，金属硫酸盐溶液中的金属硫酸盐为硫酸铜、硫酸铝、硫酸铁、硫酸氧钛、六水合硫酸镍、硫酸镁中的至少一种。9、进一步地，步骤2)中，阻燃剂溶液中阻燃剂的质量百分比浓度为5～40％，阻燃剂溶液选择氮磷阻燃剂溶液或改性氮磷阻燃剂溶液；10、改性氮磷阻燃剂溶液为聚硅酸磷酸二氢铝改性氮磷阻燃剂溶液，其制备过程为：将氮磷阻燃剂加入到水中，配制成氮磷阻燃剂溶液；将聚硅酸磷酸二氢铝溶液缓慢倒入氮磷阻燃剂溶液中，搅拌静置，即得改性氮磷阻燃剂；其中，聚硅酸磷酸二氢铝溶液的重量与氮磷阻燃剂溶液的重量之比为5～80:100；其中，聚硅酸磷酸二氢铝溶液的配制操作为：将磷酸二氢铝加入到水中，搅拌，溶解均匀，制成磷酸二氢铝溶液，其中，磷酸二氢铝溶液的质量百分比浓度为5～40％；将硅酸盐加入到水中，搅拌，溶解均匀，制成硅酸盐溶液，其中，硅酸盐溶液的质量百分比浓度为0.5～5％；将硅酸盐溶液缓慢倒入磷酸二氢铝溶液中，搅拌静置，即得聚硅酸磷酸二氢铝溶液，其中硅酸盐溶液与磷酸二氢铝溶液的质量之比为50～200:10011、其中，氮磷阻燃剂为低聚合度的聚磷酸铵阻燃剂，其制备过程为：在反应釜中加入磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至50～60℃；加入尿素，对磷酸和尿素的混合物进行搅拌，使物料分布、受热均匀；温度上升至90～120℃时，向反应釜中加入催化剂，继续加热；使温度上升至130～150℃后，保温5～20min后停止加热；将反应釜内产物倒出，待其冷却固化，采用乙醇溶液洗涤后干燥，即得氮磷阻燃剂；12、其中，磷酸、尿素和催化剂的质量比为100:50～80:0.35～0.5；13、其中，催化剂由以下重量份配比的原料研磨均匀后混合而成：氯化钾0.8～1.2份、氯化铁0.8～1.2份、氯化锌0.8～1.2份、硫酸铜1.5～2.5份、硫酸铝1.5～2.5份、硫酸镁1.5～2.5份、六水合硫酸镍1.5～2.5份、硼酸0.8～1.2份、硼酸锌0.8～1.2份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.8～1.2份。14、进一步地，步骤2)和步骤3)中，干燥处理温度为100～103℃；干燥时间≥6h；阻燃改性木材半成品ⅰ和阻燃改性木材半成品ⅱ的含水率为10～50％。15、进一步地，步骤1)和步骤3)中，真空浸渍处理过程中真空度为-0.01～-0.1mpa，真空浸渍处理时间为15～45min；16、步骤2)和步骤3)中，常压浸渍处理过程中的相对压力为0mpa，常压浸渍处理的时间为15～45min；17、进一步地，步骤1)至步骤3)中，真空浸渍处理和常压浸渍处理前利用液体石蜡将木材的横截面和径切面进行密封处理。18、进一步地，步骤4)中，表层密实化处理以20～100℃/min的升温速率将木材的表面温度升高至100～200℃，表层密实化处理时间为5～60min。19、进一步地，步骤4)中，表层密实化处理采用金属厚度规进行限厚和控制压缩率，压缩率为5～50％。20、进一步地，步骤4)中，表层密实化处理依次在加压状态下、保压状态下进行，加压压缩速度为0.01～0.1mm/s，保压压缩时间为5～60min，保压的压力为2～6mpa。21、本发明还提供一种磷酸金属盐阻燃改性木材，由上述的磷酸金属盐阻燃改性木材的制备方法制备得到。22、本发明的有益效果是：23、1、本发明方法设计科学合理，制得的改性木材复合材料具有阻燃性能、抑烟性能。磷酸金属盐原位生成与木材内部，在木材表面密实化过程中可在木材细胞壁之间形成“胶钉作用”和“填充作用”，使木材表层紧实稳定，达到烟气吸附效果，对于木材利用加工和木质材料多样化具有重要价值。24、2、磷酸金属盐在燃烧过程中形成的酸性产物催化木材提前形成密度高、不易开裂且热稳定性好的炭层，达到持续隔热隔氧的作用，延缓改性木材的燃烧；磷酸金属盐在燃烧过程中形成金属氧化物，对木材燃烧形成的烟气具有吸附作用，能够有效降低改性木材复合材料的烟气释放。25、3、磷酸金属盐原位生成与木材表层区域，并在木材表层密实化过程中在木材细胞壁之间形成“胶钉作用”和“填充作用”，使木材表层紧实、稳定。燃烧初期，磷酸金属盐增加木材密实表层的受热均匀性，并使木材密实表层快速形成稳定(密度高、不开裂)的保护炭层，炭层的热稳定性和石墨化程度高于普通木炭，炭层不易被烧蚀，对炭层以下复合材料的隔热隔氧作用进一步增强。26、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。